Simulaciones del uso del agua para intensificar cultivos en siembra

SIMULACIONES DEL USO DEL AGUA PARA INTENSIFICAR
CULTIVOS EN SIEMBRA DIRECTA
Luis R. Salado Navarro Ing. Agr., M.Sc., Ph.D. (1)
INTRODUCCION
La producción de granos en Argentina debe incrementarse, para generar mayores saldos exportables y
satisfacer la creciente demanda mundial de alimentos. Esto puede lograrse, haciendo dos cultivos
anuales en gran parte de la Región Pampeana Húmeda. Pero es necesario, estimar las implicancias de la
intensificación de cultivos a largo plazo, para saber cómo afectaran estas prácticas a la sustentabilidad
del sistema ecológico. Este objetivo demandaría décadas en un trabajo de campo, pero puede hacerse
en poco tiempo, con modelos de simulación de cultivos.
Este trabajo se realizó con los modelos de simulación de cultivos de Sinclair (1992 y 2003), que fueron
utilizados con éxito en varios países y especialmente en Argentina (Sinclair y otros, 1992; 2007; Salado
Navarro y Sinclair, 2009, 2013), para analizar las relaciones entre los rendimientos de soja y de
rotaciones con el contenido hídrico del suelo en Siembra Directa. También fueron utilizados
recientemente para analizar la evaporación de barbechos en Siembra Directa (Salado Navarro y otros,
2013).
Las napas freáticas cercanas a la superficie del suelo, constituyen un grave problema desde hace años
para la agricultura en la Región Pampeana Húmeda. Martini y Baigorri (2002), señalaron que había 5
millones de hectáreas afectadas por este fenómeno hace tres lustros. Con los modelos de Sinclair, se
puede estimar los volúmenes percolados hacia las napas, durante los barbechos y cultivos.
En este trabajo se realizaron simulaciones seriadas del monocultivo de soja y tres rotaciones con trigo y
maíz, durante 26 campañas agrícolas (1990-2016), en Marcos Juárez, una localidad típica de la región.
Se usaron los modelos de cultivos de Sinclair, para estimar la sustentabilidad ecológica de las rotaciones
de doble cultivos anuales debido a: 1) los rendimientos alcanzables en secano, 2) su limitación por el
estrés hídrico, 3) el uso del agua de lluvia y la eficiencia de su utilización, y 4) la percolación del agua
sobrante hacia las napas freáticas.
MATERIAL Y METODOS
Usando los modelos de cultivos de soja, maíz y trigo de Sinclair adaptados a Siembra Directa, se
simularon en forma continua los cultivos y barbechos durante 26 campañas, y se estimaron los
rendimientos alcanzables en secano, los balances hídricos, incluyendo la evaporación, transpiración,
percolación y contenido de agua útil del perfil de suelo hasta una profundidad de 1,5 m, en Marcos
Juárez, Córdoba, para: A) Monocultivo de soja, B) Doble cultivo trigo-soja, C) La rotación de dos años
trigo-maíz-soja de primera y D) La rotación de dos años trigo-soja-trigo-maíz.
En los casos de las rotaciones bianuales, se simularon las rotaciones complementarias, para tener los
cultivos estivales todos los años. Esto es, como si hubiera un campo dividido en dos lotes y en cada
1
campaña un lote tuvo trigo-maíz y el otro trigo-soja. Los barbechos entre cultivos fueron simulados con
un modelo de Sinclair modificado, donde se anularon las rutinas de los cultivos.
(1) [email protected]
Para las simulaciones, se usaron los datos meteorológicos diarios de temperaturas máximas y mínimas,
radiación solar y precipitaciones, de la estación meteorológica de la EEA Marcos Juárez, provistos por
INTA. Para el cálculo del balance hídrico del perfil del suelo, se usó la capacidad volumétrica del 20% de
retención de agua de la Serie de Suelos Marcos Juárez.
Los ciclos de los cultivares simulados fueron: Soja Grupo IV Largo; Maíz ciclo Completo y Trigo ciclo largo
después de soja y ciclo intermedio después de maíz. Las fechas de siembra usadas fueron: Soja de 1ra.:
20 de octubre; Soja y Maíz de 2da.: 20 días después de la madurez fisiológica del trigo; Trigo después de
soja y maíz: 25 de mayo y 10 de junio, respectivamente. Las densidades usadas fueron: 30, 75 y 300
plantas por hectárea para soja, maíz y trigo, respectivamente.
RESULTADOS Y DISCUSION
Régimen Hídrico
Las lluvias del periodo simulado (1990-2016), en Marcos Juárez, promediaron 889 mm por campaña, con
un máximo y mínimo de 1205 y 550 mm, respectivamente. La Desviación Estándar de 204 mm,
evidenció la gran variabilidad de las lluvias entre campañas. También se registró una gran variabilidad de
las lluvias inter campaña, es decir las precipitaciones en un mismo mes en distintas campañas. El
periodo más lluvioso se registró entre noviembre y marzo.
Rendimientos de Cultivos
En las simulaciones los rendimientos alcanzables en secano de soja, maíz y trigo fueron limitados por:
a) el agua útil diaria del perfil de 1,5 m de profundidad; b) las temperaturas; c) la radiación solar y d) el
déficit de presión de vapor de la atmósfera, estimado por los modelos. Es decir, que no se simuló la
influencia de plagas, enfermedades o déficit nutricionales u otros factores edáficos. En la Tabla 1, se
exponen los rendimientos simulados promedios (Kg/Ha.), de los cultivos y rotaciones. Las desviaciones
estándar, indican que la variabilidad interanual de los rendimientos de soja y trigo fue menor en la
rotación de dos años Trigo-Maíz-Soja de 1ra.
SOJA MONOC.
TRIGO-SOJA
TRI-MA-SO1RA
TR-SO-TR-MA
SOJA PROMEDIO
4641
4090
5026
4213
SOJA DESV. EST.
1250
1217
812
1024
MAIZ PROMEDIO
----11797
11783
MAIZ DESV. EST.
----1319
1444
TRIGO PROMEDIO
--5180
5674
5448
TRIGO DESV. EST.
--1428
977
1292
Tabla 1. Rendimientos simulados alcanzables en secano (Kg/Ha.), en Marcos Juárez en el periodo 19902016, por el monocultivo de soja y las rotaciones con trigo y maíz.
2
% Probabilidad =>Valor
Los valores de los rendimientos simulados, alcanzables, estimados en secano, coinciden con los
obtenidos en ensayos experimentales en la EEA de INTA Marcos Juárez. En el caso de maíz, los
rendimientos de ensayos fueron reportados por Vallone y otros (2015). En soja por la Red RECSO y en
trigo figuran en la página web del INASE. Si bien los valores promedios finales de los rendimientos
simulados entre el monocultivo y entre rotaciones, no difieren significativamente, se observan
tendencias similares a las obtenidas en ensayos de campo (Tabla 1). En el caso de soja de 1ra./maíz
fueron casi 4 y 10 quintales superiores al mono y doble cultivos, respectivamente. En la única
alternativa simulada de maíz (de 2da), los rendimientos coinciden, casi exactamente con los reportados
por Vallone (2015). En trigo, se observó una tendencia a mayores rindes, cuando participó el maíz en la
rotación. En la Fig. 1, se presentan los rindes de soja en los distintos planteos simulados, en la ordenada
se graficaron los porcentajes de la probabilidad de obtener un mayor valor. Por ejemplo, se nota
claramente que, en 26 campañas la soja/maíz rindió más que soja/trigo.
100
80
60
MONOCULTIVO
40
TRIGOSOJA
20
TRISOTRIMA
0
1000
TRIMAIZSOJA1
2000
3000
4000
5000
Rendimiento Kg/Ha
6000
Fig. 1. Rendimientos de soja simulados alcanzables en secano en 26 campañas, de monocultivo y de
rotaciones con trigo y maíz en Marcos Juárez.
En la Tabla 2 se muestran los rendimientos máximos y mínimos simulados para los tres cultivos en
distintos planteos de siembra. Estos resultados indican, que bajo el punto de vista de los rendimientos
simulados alcanzables en secano, la producción de doble cultivos anuales, es sustentable a largo plazo
en Marcos Juárez, porque el periodo simulado abarcó años secos y húmedos.
MONO
TRIGO-SOJA
TR-MA-SO
TR-SO-TR-MA
MAX.
MIN.
MAX.
MIN.
MAX.
MIN.
MAX
MIN.
SOJA
6255
2201
5937
1134
6457
2929
5453
1208
TRIGO
----6966
445
7015
3245
7142
760
MAIZ
--------13481
8179
13481
8107
Tabla 2. Rendimientos simulados alcanzables en secano (Kg/Ha), de tres cultivos en diferentes planteos
de siembra en M. Juárez, en 26 campañas.
Estrés Hídrico
3
La Fracción de Agua Útil (FAU) del perfil del suelo simulada es el porcentaje entre la capacidad de
campo y la marchitez permanente, a través del ciclo de los cultivos. Este parámetro del suelo, es más
útil que el contenido hídrico expresado en mm, porque al ser un porcentaje, la FAU es un indicador
normalizado a través de suelos con diferentes texturas. Sinclair (1986), determinó que la tasa de fijación
simbiótica de nitrógeno en soja, declina rápidamente cuando la FAU es menor a 66 %. En forma similar
Ray y Sinclair (1998), encontraron que la tasa fotosintética en soja y maíz declina cuando la FAU es
menor a un tercio. Por consiguiente, la soja es más susceptible al estrés hídrico que el maíz.
62 Qt
43 Qt
27 Qt
100%
80%
60%
40%
20%
0%
1
7
13
19
25
31
37
43
49
55
61
67
73
79
85
91
97
103
109
115
121
127
133
139
145
FRACCION AGUA UTIL
En campañas con diferentes rendimientos, la FAU simulada de soja, mostró que hay diversos periodos
en que los cultivos con rendimientos medios o bajos, estuvieron sometidos a estrés hídrico (Fig. 2). En
efecto, la FAU de la soja que rindió 62 Qt/Ha estuvo siempre por encima del 40% y solo un corto periodo
cercano a la madurez, por debajo del 60%. Por consiguiente, en esta soja la fijación de nitrógeno fue la
única que sufrió estrés hídrico, ya que la fotosíntesis no fue estresada. En los trigos y maíces simulados,
se observaron tendencias similares en cultivos de diferentes rendimientos. Por consiguiente, estas
simulaciones, indican que el estrés hídrico en secano, es un importante depresor del rendimiento,
especialmente en soja, aunque se manifieste durante cortos periodos del ciclo de cultivo. El estrés
hídrico redujo el ciclo de los cultivos como se observa en la Fig. 2.
Fig. 2. Balance Hídrico simulado del ciclo en tres cultivos de soja con rendimientos contrastantes, en
función de La Fracción de Agua Útil (FAU), del perfil de 1.5m de profundidad del suelo en M. Juárez.
Eficiencia del Uso del Agua
La Eficiencia del Uso del Agua (EUA), estimada como el cociente entre los kilogramos del rendimiento de
granos divididos por los milímetros de agua evapotranspirada, es un parámetro que evidencia las
eficiencias entre cultivos, en el agua requerida para su producción. En la Tabla 3, se observan las EUA
simuladas para soja, maíz y trigo, en diferentes sistemas de cultivos.
SOJA PROMEDIO
SOJA DESV. EST.
TRIGO PROMEDIO
SOJA MONOC.
7.6
1.33
---
TRIGO-SOJA
8.4
1.69
18.6
4
TR-MA-SOJA1RA
8.9
1.03
19.0
TR-SO-TR-MA
9.2
1.43
18.7
TRIGO DESV. EST.
3.38
2.50
3.10
MAIZ PROMEDIO
----26.6
26.5
MAIZ DESV. EST.
----1.77
1.54
Tabla 3. Eficiencia del Uso del Agua (EUA), simulada (kg granos/mm agua evapotranspirada), del
monocultivo de soja y tres rotaciones con trigo y maíz, en 26 campañas en Marcos Juárez, Córdoba.
La EUA es mínima en soja, intermedia en trigo y máxima en maíz. Esto se debe, a la diferencia en la
composición energética de estos granos, ya que la síntesis de proteína y aceite en soja, requiere mucho
más energía, que la de carbohidratos en maíz. Por otra parte, se trata de dos cultivos con sistemas
energéticos diferentes (C3 y C4). La EUA de soja aumentó significativamente en las rotaciones,
comparada con el monocultivo (Tabla2).En el caso de trigo y maíz, no hubo diferencias entre las
rotaciones. Por consiguiente, estos resultados simulados, señalan que la intensificación de cultivos a
largo plazo, tendería a aumentar la eficiencia del uso del agua en soja.
Evaporación y Transpiración de Cultivos
Con los modelos de simulación de Sinclair, se estimó la evaporación y la transpiración de los tres cultivos
estudiados. En la Tabla 4, se muestran los valores promedio obtenidos, para la rotación de dos años
TRIGO-SOJA-TRIGO-MAIZ y los desvíos estándares en los 26 años simulados. Las evaporaciones y
transpiraciones promedio en esta rotación, fueron similares en soja y maíz, y también entre los trigos
después de soja y maíz.
SOJA 2da.
TRIGO/SOJA
MAIZ 2da.
TRIGO/MAIZ
mm/Campaña
EVAP.
TRAN.
EVAP.
TRAN.
EVAP.
TRAN.
EVAP.
TRAN.
MEDIA
109.5
339.2
35.6
255.3
114.6
332.2
34.3
256.9
DES. EST.
35.25
50.90
14.30
64.29
33.67
36.05
17.57
67.32
Tabla 4. Evaporación y Transpiración promedio simulada (mm/campaña), de cultivos en la rotación de
dos años TRIGO-SOJA-TRIGO-MAIZ, para 26 campañas en Marcos Juárez.
En la Tabla 5, se presentan los porcentajes promedio de evapotranspiración respecto a la lluvia anual, en
el monocultivo de soja y en las rotaciones simuladas. Estos valores no incluyen a la evaporación y
percolación de los barbechos intermedios. Los dobles cultivos anuales utilizan mayores porcentajes del
agua útil que un solo cultivo anual.
MONOCUL. SOJA
TRIGO-SOJA
TRI-MA-SOJA1ra TRI-SO-TRI-MA
% EVAPOTRANSPIRADOS
70
87
74
83
Tabla 5. Porcentajes promedio de la lluvia evapotranspirados por el monocultivo y las rotaciones
simuladas para Marcos Juárez durante 26 campañas.
Percolación hacia la Napa Freática
5
La percolación de los excesos hídricos, constituye un grave problema en millones de hectáreas de la
Pampa Húmeda, donde la napa freática, se encuentra muy cercana a la superficie. Bollatti y Andreucci
(2015), mostraron la dramática suba de la napa freática en Marcos Juárez, desde los 70’ cuando estaba a
más de 10 m y ahora está a 1.5 m de profundidad. Es importante conocer entonces cuales cultivos y
rotaciones percolan más, a través de muchos años secos y húmedos, agravando este serio problema. Las
simulaciones mostraron como se ve en la Tabla 6, que la percolación en la rotación TRI-MA-SOJA1ra. fue
máxima y más del doble que en el monocultivo de soja mientras que Trigo-Soja y TRI-SO-TRI-MA
CULTIVOS
PERCOLACION mm
SOJA MONOC.
TRIGO-SOJA
TRI-MA-SOJA1
TRI-SO-TRI-MA
871
944
1940
1222
Tabla 6. Percolación total simulada hacia la napa freática, por el monocultivo de soja y las rotaciones en
26 campañas en Marcos Juárez.
tuvieron valores de percolación intermedios. Para analizar en detalle la máxima percolación de la
rotación TRI-MA-SOJA1ra, se comparan las percolaciones de la Soja de 1ra sobre maíz, que fue un 47 %
mayor que la Soja/Soja en el monocultivo en la siguiente tabla (7). También el barbecho largo después
de maíz, en la rotación TRI-MA SO1ra percoló más del doble (419 mm), que la del barbecho largo del
Monocultivo de Soja (203 mm). Esto se repitió en los barbechos cortos de la rotación TRI-SO-TRI-MA, allí
la percolación total fue 85.25 y 248.7 mm, respectivamente en nlos barbechos de soja y maíz.
CULTIVOS
PERCOLACION TOTAL mm
SOJA/SOJA
SOJA/MAIZ
668
982
Tabla 7. Percolación simulada total en 26 campañas para el Monocultivo de Soja vs. Soja de 1ra. de la
rotación TRI-MA-SOJA1ra. en Marcos Juárez.
Para desentrañar la causa de las mayores percolaciones del barbecho posterior al maíz y del
subsiguiente cultivo de soja de 1ra, se presentan las evaporaciones de ambos, comparadas con las del
barbecho y monocultivo de soja en la Tabla 8. Se observa que después del maíz, el barbecho y el cultivo
siguiente de soja/maíz, evaporan 70% menos, que el barbecho del monocultivo y la soja/soja. La menor
evaporación que se registró en los barbechos y cultivos, después de maíz, implican que los suelos tienen
mayores contenidos hídricos que los sembrados con soja. En consecuencia, estos suelos se saturan más
rápidamente que los de soja ante una precipitación copiosa, y percolan mayores volúmenes de agua
hacia la napa que los suelos sojeros.
BARBECHOS
PROMEDIO
MONOCULT.
CULTIVOS
TRI-MA-SO1ra
6
MONOCULT.
TRI-MA-SO1ra
EVAPORACION
SOJA/SOJA
MAIZ/TRIGO
SOJA/SOJA
SOJA/MAIZ
(mm/CAMPANA
256.6
154.9
163.9
91.4
Tabla 8. Evaporación simulada promedio de 26 campañas en barbechos y cultivos
En conclusión, las simulaciones de más de cinco lustros señalan que, el monocultivo de soja evapora un
mayor porcentaje de agua de lluvia que los doble cultivos y mantiene el suelo con menores tenores
hídricos que, cuando ocurren lluvias copiosas, producen menores percolaciones en el largo plazo. Los
doble cultivos son más eficientes, porque utilizan una mayor proporción de la lluvia y sobre todo
después de maíz, la evaporación es reducida, el tenor hídrico del suelo es mayor y por ende la
percolación a la napa es muy superior que la del monocultivo. La percolación a las napas, es el mayor
riesgo a la sustentabilidad de la agricultura en Siembra Directa, en la Pampa Húmeda.
CONCLUSIONES
Las simulaciones de rendimientos y uso del agua del monocultivo de soja y rotaciones continuas con
trigo y maíz, para M. Juárez durante 26 campañas (1990-2016), con los modelos de Sinclair indican que:
1) Las lluvias reales registradas entre campañas promediaron 889 mm y fueron muy variables.
2) Los rendimientos promedios en secano de Soja fueron entre 40 y 50 Qt/Ha, mínimos en TR-SO,
máximos en TR-MA-SO1ra e intermedios en TR-SO-TR-MA.; de Trigo entre 51 y 56 Qt/Ha
mínimos en TR-SO, máximos en TR-MA-SO1ra e intermedios en TR-SO-TR-MA; en Maíz fueron
iguales 118 Qt/Ha en rotaciones de dos años.
3) El Estrés Hídrico, fue el principal depresor de los rendimientos en secano, de los tres cultivos y
afecta más a soja, en todos los sistemas estudiados.
4) La Eficiencia del Uso del Agua (Kg granos/mm agua evapotransp.), fue 7.6 y 8.4 para soja de 1ra
y 2da, 19.0 en trigo y 26.5 en maíz 2da.
5) Los porcentajes promedio de agua de lluvia evapotranspirados fueron: Monocultivo Soja (70);
TR-SO (87); TR-MA-SO1ra (74) y TR-SO-TR-MA (83).
6) La evaporación promedio del Barbecho y Monocultivo Soja (257 y 164 mm) fue 70% mayor que
en barbecho Maíz y Soja/Maíz en TR-MA-SO1ra (164 y 91 mm), respectivamente.
7) La percolación total a la napa freática fue máxima para TR-MA-SO1ra (1940 mm); mínima en
Monocultivo (871 mm); intermedia en TR-SO (944 mm) y TR-SO-TR-MA (1222 mm).
8) Existe una relación inversa entre la evaporación (Mínima) y la percolación (Máxima) después del
Maíz versus la evaporación (Máxima) y Percolación (Mínima) del Monocultivo Soja.
9) En síntesis, la PERCOLACION hacia la napa de los cultivos y rotaciones, sobre todo en SOJA/MAIZ
es el mayor riesgo a la sustentabilidad de la agricultura en Siembra Directa, en la Pampa
Húmeda. Encontrar una solución para evitar el ascenso de las napas es el principal desafío de la
actual agricultura en la región.
BIBLIOGRAFIA CITADA
7
Bollatti, P. A., Andreucci., A. 2015. Análisis de datos de profundidad de napa freática y precipitaciones anuales de la
EEA INTA Marcos Juarez.
Martini, E., Baigorri, H., 2002. Manejo del cultivo de soja en suelos con influencia de napa freática. Soja
Actualizacion 2002. INTA Marcos Juarez, pp A-9-A-13.
Ray, J.D., and T.R.Sinclair.1998. The effect of pod size on growth and transpiration of maize and soybean during
water deficit stress. J. Exp. Bot. 49:1381-1386.
Salado Navarro, L.R., Sinclair, T.R., Morandini, M. 2013. Estimation of soil evaporation during fallow seasons to
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Salado Navarro, L.R., Sinclair, T.R., 2009. Crop rotations in Argentina: Analysis of water balance and yield using crop
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Sinclair, T. R., Salado Navarro, L.R., Salas, G., Purcell, L.C., 2007. Soybean yields and soil water status in Argentina:
Simulation analysis. Agricultural Systems 94:47`-477.
Sinclair, T. R., Salado Navarro, L.R., Morandi, E.N., Bodrero, M.L.., Martignone, R.A. 1992. Soybean yield in
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Sinclair, T.R. 1986. Water and nitrogen limitations in soybean grain production. 1. Model development. Field Crops
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Vallone, P. y otros. 2015. Ensayos Comparativos de Rendimiento de Maíz. Campaña 2014/15. Informe Técnico
E.E.A. Marcos Juárez.
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